以“不變”應(yīng)“萬變”

趙麗霞

摘 要：動(dòng)態(tài)問題是高中物理習(xí)題教學(xué)中常見的一類問題，從力學(xué)的動(dòng)態(tài)平衡、直流電路、電容器、變壓器的動(dòng)態(tài)分析，歸納總結(jié)以“不變”應(yīng)對(duì)“萬變”的解題思路，提高了習(xí)題課的生動(dòng)有效性。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)問題；不變；解題思路

在物理規(guī)律的應(yīng)用中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在物理量間常會(huì)有一些相互制約的物理關(guān)系，如果某個(gè)物理量發(fā)生了變化，會(huì)導(dǎo)致其他物理量發(fā)生變化，這一類的問題為物理學(xué)中的動(dòng)態(tài)問題。

在教學(xué)中筆者總結(jié)了力學(xué)和電學(xué)中常見的動(dòng)態(tài)問題，以“不變”應(yīng)“萬變”的方法解決這類問題，在課堂教學(xué)中也收到了比較好的反饋。

1 力學(xué)中的動(dòng)態(tài)平衡問題

在力學(xué)中我們處理平衡問題根據(jù)是F合=0，利用合成法或分解法、正交分解法可以求力的大小，當(dāng)某個(gè)力的方向在變化時(shí)，如緩慢移動(dòng)過程中判斷力的大小變化情況，這類問題是力學(xué)中的動(dòng)態(tài)平衡問題。

通常處理這類問題的方法是圖解法，而圖解法的“不變”條件是物體受三個(gè)力處于平衡狀態(tài)（緩慢移動(dòng)），其中一個(gè)力是恒力（一般為重力），一個(gè)力的方向不變，“變化”條件是第三個(gè)力的方向變化。這類力學(xué)中的動(dòng)態(tài)平衡問題通常解題思路為對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，用力的合成或力的分解作平行四邊形（也可簡(jiǎn)化為矢量三角形），畫出第三個(gè)力的變化方向，而線段的長(zhǎng)度變化即可判斷各個(gè)力的大小變化情況。

例1 如圖1所示，一重物在兩個(gè)長(zhǎng)度相同，方向都與豎直方向夾角為30°的兩根繩子作用下處于平衡。現(xiàn)一根繩方向不變，將另一根繩緩慢的變?yōu)樗椒较?，則在這個(gè)過程中，判斷兩個(gè)繩的拉力大小變化情況。

解析 如圖2所示，對(duì)節(jié)點(diǎn)B受力分析，一個(gè)力FB豎直向下，大小等于重力，另兩個(gè)力沿繩方向，用平行四邊形法作出FAB、FBC的合力FB'，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)B 受到三個(gè)力作用處于平衡FB'=FB，平行四邊形中一個(gè)力FAB方向不變，另一個(gè)力FBC方向變化如圖2，從長(zhǎng)度的情況可判斷FAB一直增大，F(xiàn)BC先減小再增大。

2 電學(xué)中的動(dòng)態(tài)問題

2.1 直流電路的動(dòng)態(tài)變化分析

根據(jù)閉合電路歐姆定律及串聯(lián)、并聯(lián)電路的性質(zhì)分析電路中某一部分的電阻發(fā)生變化而引起的整個(gè)電路各部分電學(xué)量（電壓、電流、電功率等）的變化情況。這類問題的“不變”條件是電源的電動(dòng)勢(shì)E和電源的內(nèi)阻r，“變化”條件一般為某個(gè)外電阻的變化。這類問題是直流電路的動(dòng)態(tài)變化。

一般處理這類問題，解題思路為：分析變化的外電阻，根據(jù)電路情況（串、并聯(lián)）判斷R外的變化情況，再由閉合電路歐姆定律I=和U外=E-Ir來判斷I和U外的的變化，最后按照“先干路后支路、先定后動(dòng)（先定值電阻部分再變化電阻部分）”的原則判斷各部分電壓、電流、電功率的變化情況。

例2 在如圖3所示的電路中，當(dāng)把開關(guān)S合上時(shí)，判斷電壓表、電流表的示數(shù)如何變化？（電路中各表均為理想電表）

開關(guān)S斷開，R2換為滑動(dòng)變阻器，將R2增大，則兩表示數(shù)又如何變化？

解析 當(dāng)把開關(guān)S合上時(shí)，電路的外電阻減小，可判斷I增大，根據(jù)U外=E-Ir判斷U外 減小，所以電壓表示數(shù)減小，電流表示數(shù)增大。

若開關(guān)S斷開，R2增大，則電路的外電阻增大，由上面兩個(gè)公式即可判斷I減小，U外增大，所以電壓表示數(shù)增大，電流表示數(shù)減小。

2.2 電容器的動(dòng)態(tài)變化分析

電容器的正對(duì)面積或距離或電介質(zhì)發(fā)生變化而導(dǎo)致電容器的電容、電量、電壓、電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化，這類問題的“不變”條件分兩種情況，一是與電源相連，電壓保持不變；二是充電后與電源斷開，電荷量保持不變。

例3 如圖4所示，電容器與電源相連，將b板接地，P為電場(chǎng)中的固定一點(diǎn)，現(xiàn)將a板向上稍微移動(dòng)，兩板的距離增大，則判斷電容器的電容、電壓、電量、電場(chǎng)強(qiáng)度、P點(diǎn)的電勢(shì)變化情況。若將電容器充電后與電源斷開，則這些物理量又如何變化？

2.3 變壓器的動(dòng)態(tài)變化分析

理想變壓器的動(dòng)態(tài)問題一般分兩類：一種匝數(shù)比不變，負(fù)載變，另一種負(fù)載不變，匝數(shù)比變化。這兩類情況中一般原線圈提供的電壓U1不變，解題思路為U1→U2→I2→I1。

例4 如圖5所示，某理想變壓器的原線圈接一交流電，副線圈接如圖所示電路，開關(guān)S原來閉合，且R1=R2.現(xiàn)將S斷開，那么交流電壓表的示數(shù)U、交流電流表的示數(shù)I、電阻R1上的功率P1及該變壓器原線圈的輸入功率P的變化情況正確的是 （ ）

A.U增大

B.I增大

C.P1減小

D.P減小

物理中的動(dòng)態(tài)問題，抓住“不變”因素處理“變化”因素，在教學(xué)中我們要善于總結(jié)、歸納，只有堅(jiān)持這樣才會(huì)讓我們的習(xí)題課生動(dòng)起來，提高課堂效率。